通過在聚氨酯分子鏈上引入其他化學組分進行改性，能獲得比物理共混更佳的性能效果，是當前水性聚氨酯開發的方向。

       常用的改性方法介紹如下：

       （一）環氧樹脂改性

       環氧樹脂具有許多優良的性能,如種類多、易固化、機械強度高、粘附力強、成型收縮率低、化學穩定性好、電絕緣性好、高模量、高強度等特點。通過環氧樹脂和聚氨酯接枝反應，可將支化點引入聚氨酯主鏈，使之形成部分網狀結構，制得環氧改性聚氨酯乳液，用其配制水性環氧改性聚氨酯涂料，可以提高力學性能、耐熱性能和漆膜附著力。鄭淑琴等合成了環氧樹脂E-44改性的水性聚氨酯乳液外觀和穩定性較好,且耐水性和耐熱性都得 到較大改善。

       （二）有機硅改性

       有機硅聚合物的兩個最顯著的特點是耐氧化性和低的表面能。用有機硅改性聚氨酯可以綜合二者的優異性能，彌補水性聚氨酯耐水解性稍差的缺陷，使改性的水性聚氨酯涂料表現出良好的憎水性、表面富集性、低溫柔順性和優良的生物相容性等。李密轉等通過在封端型水性聚氨酯中引入有機硅單體，合成了有機硅水性聚氨酯，其吸水性能為17.1% 左右，耐水性得到很大提高。

       （三）聚丙烯酸酯改性

       聚氨酯乳液和聚丙烯酸乳液同其溶劑型產品相比，具有價廉、安全、不燃、無毒、不污染環境等優點。純PA乳液存在耐磨性、耐水性和耐化學品性差的缺陷；單一的PU乳液也存在一些不足，如穩定性、自增稠性和膜的保光性，應用受到限制。而PUA復合乳液兼備二者的優點，具有耐磨、耐腐蝕和光亮，柔軟有彈性、耐水性和機械力學性能好，耐候性佳等特性，因此被譽為“第三代水性聚氨酯”，成為當今涂料的一個發展趨勢。

       （四）有機硅- 丙烯酸酯雙改性水性聚氨酯

       將聚氨酯- 丙烯酸酯- 有機硅氧烷三元結合起來，制備水性涂料，它綜合了丙烯酸酯、聚氨酯、有機硅三種樹脂材料的優點，而且以水作分散介質符合了環保的要求。三者有機地結合在一起,根據不同用途的要求、發揮其協同作用的優勢, 可以做成有皂或無皂乳液,用作紡織品的涂層劑和皮革涂飾劑。王海虹等采用乳液聚合的方法，制備了具有核- 殼型結構的有機硅改性丙烯酸聚氨酯乳液，結果表明，經有機硅改性的丙烯酸聚氨酯乳液，在附著力、穩定性、硬度、光澤等方面有顯著上升。

       （五）納米材料改性

       納米材料具有表面效應、小尺寸效應、光學效應、量子尺寸效應等特殊性質，可以使材料獲得新的功能。建筑外墻涂料中添加適量納米SiO2，可將乳膠漆的耐候性提高到一個新的等級，同時還使耐老化性能有很大的提高。實際應用表明，在建筑內外墻涂料中添加少量的納米SiO2后，涂料抗紫外線防老化試驗性能可由原來的250h提高到600h以上，耐擦洗提高十倍以上，干燥時間大幅度降低，而且原料存在的懸浮性穩定性差、觸變性差、光潔度不高等問題也得到很好的解決。Hsu-ChiangKuan 等[13]合成了一種納米碳管/ 水性聚氨酯納米復合材料，這種水性聚氨酯乳液儲存穩定，膠膜的熱穩定性提高了26℃，拉伸強度提高了370%，拉伸模量提高了170.6%。

       （六）植物油改性水性聚氨酯

       植物油是一種可再生資源，用植物油制備水性聚氨酯可以進一步體現環保意識，周應萍等用植物油合成的常溫交聯水性聚氨酯樹脂涂料不僅具有較好的耐侯性,同時還具有水性涂料無污染的優點,是一種環境友好型涂料,既可作為水性內外墻涂料,也可作為木器裝飾涂料及織物印染涂料。邱維等以氣干性植物油為基本原料,對其進行改性處理后將其植入半封端的PU分子鏈中,制得自乳化型單組分水性PU，該產品乳液穩定性好，漆膜力學性能優良。